煤基低碳能源國家重點實驗室：變革中探求能源革命

新奧集團煤基低碳能源國家重點實驗室甲烷化合成實驗車間，工作人員在進行安全檢測

　　煤炭氣化使化石能源更清潔高效；微藻固碳術化腐朽為神奇；泛能網應用引導客戶，根據需要將余能和廢能進行高效互換，從而實現能源全系統的能效最優。

　　“節能、低碳、變革，是我們研究的方向，也是我們的不懈追求。”新奧煤基低碳能源國家重點實驗室主任甘中學說，作為企業國家重點實驗室，其研究不同于科學院、高等學校的國家重點實驗室，其研究目標、研究方式應有所不同。企業站在實現產業化，發展經濟，服務社會的前哨，這就要求企業國家重點實驗室要通過基礎研究找到并解決自己行業共性、關鍵的技術問題，實現行業生產、應用方式的變革，從而使企業站在引領行業發展的新高度。

　　有人稱贊，新奧煤基低碳能源國家重點實驗室在變革中探索的是一條新一輪的能源生產、消費的技術革命。

　　“黑與白”的思變

　　眾所周知，煤炭是我國的基礎能源，為我國的經濟發展和社會發展作出了應有的貢獻。然而，隨著工業化進程的不斷深入和低水平、高耗能產業的發展，日益顯現的環境污染和霧霾加劇的現實讓人們不約而同的把禍首指向了煤炭。煤炭也由此被戴上了環境污染和加劇霧霾的“黑帽子”。國家一直在努力調整能源結構，試圖降低煤炭在一次能源中的比重。

　　在化石能源中，天然氣是最清潔高效的，因此目前得到各國的廣泛重視，特別是非常規天然氣發現后，天然氣可能成為未來能源發展的一個重點。新奧也是在天然氣、液化氣上起步的。

　　城市中的煤電油正在被天然氣慢慢取代，“天然氣經濟”時代正在來臨。但根據統計數據，2013年我國的天然氣對外依存度超過30%。

　　在中國，如果說到清潔能源，大家忽略了對煤炭的清潔利用，就會脫離國情，這樣的清潔能源概念也是有缺陷和不完整的。尤其對于煤炭儲量豐富的中國，以煤當家的能源格局很難短期內改變。

　　“最佳途徑就是大力發展清潔煤技術！”甘中學說，“可以從根子上，也就是在能源開采的過程中就實現清潔化，讓煤變‘白’？這是我們實驗室最主要的攻關內容。”

　　甘中學認為，解決富煤少氣的困境，需要對煤進行氣化。他說：“我們研究了一種低溫催化技術，不用把煤開采出來，而是讓它有控制地在地下氣化，然后利用管道把煤氣輸送出來就可以用于發電，經過凈化處理以后成為甲烷。變采煤為取氣。”

　　煤是一種綜合化學品位的能源，而熱能是品位最低的一種。通過氣化，制成天然氣后，煤炭能量轉化將由40%提高到50%以上。據介紹，我國原有的氣化技術基本上是高溫燃燒，溫度在1100℃以上，耗能比較高，并且1100℃以上的溫度特別利于二氧化碳的形成。然而，甘中學領導的實驗室團隊研發的低溫催化技術正好解決了這個問題。在催化劑的作用下使煤的氣化溫度降至700℃左右，不僅節能并且在這個溫度下有利于碳與氫的形成，所以甲烷的含量很高，減少了二氧化碳的產生。低溫催化氣化技術使甲烷產出率接近21％，指標達到世界領先。

　　目前，煤基低碳能源國家重點實驗室基本上形成了四類主要氣化方式。通過加氫氣化來解決普通煤的氣化問題；用催化氣化技術利用褐煤；超臨界氣化，解決含水量較高的煤炭；地下氣化把技術上沒法開采的煤直接轉化成合成氣加以利用。這些技術基本上覆蓋了我國主要煤炭種類。

　　“連茅圈”的啟示

　　道法自然。

　　能源系統工程與智能控制專家、新奧集團董事局副主席、首席技術官，曾在世界500強企業美國ABB公司任機器人研究中心主任兼首席科學家甘中學，他提出了一個粗俗的比方，卻是話糙理不糙。

　　千百年來，在廣大農村養豬都是“連茅圈”式的封閉式養殖。“連茅圈”現在是被倡議消滅的對象，理由是不衛生、食品不安全等。所謂“連茅圈”就是人類的便池和圈養的豬圈是相連的，人的屎被豬吃了，豬拉的糞便用來肥莊稼，莊稼再被人類作為食物，食物又變成……

　　“這就是自然循環！”甘中學從這最接地氣的“連茅圈”中得到啟示。

　　一間玻璃房里，成百上千白色封閉的玻璃管錯落井然。黑綠色的液體正在管子里翻滾流動，似乎可以聽到生命拔節兒的聲音。

　　“這種綠色的物質是我們實驗室自主研發的微藻，流動的液體主要是高鹽廢水，管道里還有

　　看不見的二氧化碳，這些物質在管道里形成了自給的生態環境。微藻利用高鹽廢水這種模擬海洋環境，在光合作用下，吸收二氧化碳，實現了高度自養，繁殖速度非常快。”在微藻養殖大棚里，講解員這樣介紹微藻生物吸碳技術。

　　微藻生物質能技術，是利用微藻光合作用吸收工農業生產過程中排放的二氧化碳等廢氣，通過低成本收集和高效油脂提取等后處理技術，聯產生物柴油、保健品原料和飼料添加劑等產品。

　　“作為國家重點實驗室，我們不僅要強調能源的供給安全，更要關注能源消費中的環境安全。”甘中學說。

　　新奧集團在內蒙古達拉特旗建設微藻示范工程，對煤電廠和化工廠等排放二氧化碳進行就地洗后和資源化利用，生產生物能源。這一工程已成為國家級微藻生物能源示范項目。

　　“泛能網”的智慧

　　我國能源結構的另外一個特點就是分布不均，導致能源大規模的跨區域調配。同時，風能和太陽能等可再生能源發電設備接入電網系統，進一步加劇電網調峰難度，造成上網困難。因此，在這種情況下，棄風棄光嚴重，設備利用效率低下，可再生能源產業難以規模發展。

　　甘學中認為，能源利用不應孤立、簡單線性的，而應該基于系統能效最優的多品類能源協同、互補、循環的智能應用。

　　正是基于這種思路，依托新奧集團，實驗室研發了泛能網技術，也就是利用能源和信息技術，將能源網、物聯網和互聯網高效集成的能源互聯網。其核心裝備包括泛能機、泛能站、泛能能效平臺、泛能云平臺。泛能機能實現多種化石能源、可再生能源、環境勢能等的輸入，并實現氣、電、冷、熱等多品位能源的輸出。泛能站通過燃料化學能的梯級利用及對環境勢能的借勢增益，將整體能源利用效率由傳統熱電分產的40%—60%提高到85%以上。泛能云平臺基于大數據和云計算，發現價值交換機會，提供運維、交易、數據等服務，實現能源、資源價值的最大化。

　　人們常常說，奶牛吃的是草，擠出的是奶。其實，奶牛吃進去的不僅僅是草，同樣，除了擠出的奶，還有其它。只要利用好就是牛糞也可以成為非常有價值的東西。正所謂各取所需，分別利用。

　　目前，泛能網技術已經開始應用。依托泛能網,新奧集團對中國工程院綜合辦公樓進行了節能改造；正在建設中的青島中德生態園項目也將利用泛能網,使能源綜合利用效率提升到80.8%,綜合節能率達到50.7%；新奧還為廣東肇慶115平方公里的新區制定了能源發展規劃，目標使新區煤炭使用量為零，可再生能源利用率達25.08%，電網中可再生能源占比大于41%，綠色建筑占公共建筑比例超過90%，能源網絡智能化覆蓋率超過90%。